## JIUBJ
Jurnal Ilmiah Universitas Batanghari Jambi, 22(2), Juli 2022, 957-961 Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat universitas Batanghari Jambi ISSN 1411-8939 (Online), ISSN 2549-4236 (Print) DOI 10.33087/jiubj.v22i2.2147

## Analisis Wake Area Desain Mobil Box dengan Simulasi Aerodinamika
Edwin Sahrial Solih 1 , Sanurya Putri Purbaningrum 2 ,
Abdul Wahid Arohman 3 , Hendi Lilih Wijayanto 4
1,2,3 Politeknik STMI Jakarta
4 Politeknik Industri Logam Morowali Correspondence email: edwin.solih@stmi.ac.id, sanuryaputri@stmi.ac.id, wahidar@stmi.ac.id, hendilw@gmail.com
Abstrak. Desain  mobil  box  standar  memiliki  drag  dan  wake  area  yang  luas  sehingga  menyebabkan  tingginya  konsumsi  bahan bakar.  Salah  satu  cara  untuk  mengurangi  drag  dan  wake  area  adalah  dengan  memodifikasi  ddeain  mobil  box.  Modifikasi dilakukan dengan penambahan spoiler aerokid dan deflector pada mobil box standar yang diharapkan dapat mengurangi drag dan wake area. Langkah selanjutnya adalah melakukan simulasi desain dengan menggunakan CAD berbasis CFD. Analisis dilakukan dengan tiga variasi kecepatan yaitu 60 km/jam, 80 km/jam dan 100 km/jam. Hasil simulasi menunjukkan bahwa desain mobil box dengan modifikasi penambahan spoiler aerokit dan deflector bisa memperkecil drag dan wake area.
Kata kunci : Aerodinamis; Drag; Wake Area; Mobil Box; Spoiler Aerokit; Deflektor
Abstract. The standard box car design has a large drag and wake area which results in high fuel consumption. One way to reduce drag  and  wake area  is  to  modify  the  box  car design.  Modifications  were made  by adding an  aerokit  spoiler and deflector to  a standard  box  car  which  is  expected  to  reduce  drag  and  wake  areas.  The  next  step  is  to  design  a  simulation  using  CFD-based CAD.  The  analysis  was  carried  out  with  three  variations  of  speed,  namely  60  km/hour,  80  km/hour  and  100  km/hour.  The simulation results show that the design of the box car with the modification of the addition of aerokit spoilers and deflectors can reduce the drag and wake areas.
Keywords: Aerodynamics; Drag; Wake Area; Van; Aerokit Spoiler; Deflector

## PENDAHULUAN
Salah  satu  aktivitas  manusia  dalam  pemanasan global adalah di bidang transportasi. Peningkatan jumlah kendaraan  setiap  tahun  serta  peningkatan  konsumsi bahan  bakar  menyebabkan  peningkatan  polusi  udara. Mobil  box  dan  truk  merupakan  jenis  kendaraan pengangkut  yang  banyak  diminati  di  pasaran  karena sangat  berguna  dalam  mengangkut  barang  (Kourta, 2009).  Kendaraan  jenis  ini  menggunakan  mesin berkapasitas  besar  dan  konsumsi  bahan  bakar  yang besar.  Efek  samping  dari  peningkatan  jumlah  alat transportasi yaitu banyaknya emisi gas buang yang dapat menyebabkan  terjadinya  efek  rumah  kaca  (Grivanzy, 2011).  Emisi  gas  dari  alat  tarnsportasi  pada  tahun  2018 berada  di  angka  14%  dan  diprediksi  terus  mengalami peningkatan.  Langkah  yang  dapat  dilakukan  untuk menghemat bahan bakar diantaranya adalah mengurangi gaya  drag  aerodinamis.  Yogatama  dan  Trisno  (2018) melakukan  penelitian  dengan  menggunakan  pemodelan software  ansys  dan  mode  mobill  ahmed  bodi  terbalik. Simulasi  dilakukan  dengan  tiga  variasi  kecepatan  30 km/jam, 60 km/jam dan 100 km/jam. Hasil dari simulasi didapatkan  rata-rata  koefisien  drag  sebesar  0,0763. Penelitian analisis aerodimanis dilakukan pada permukaan  mobil  listrik  Gaski  dengan  software  ansys 14.5. Hasil simulasi menunjukkan bahwa koefisien drag setelah  modifikasi  lebih  kecil  dari  pada  koefisien  drag sebelum  modifikasi.  Koefisien  drag  sebelum  modifikasi sebesar  0,0074  sedangkan  setelah  modifikasi  sebesar 0,0070.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  modifikasi  body
mobil  menurunkan  koefisien  drag  sebesar  14,14% ( Prihadnyana, Widayana & Dantes, 2017) . Penelitian ini bertujuan untuk melakukan modifikasi desain mobil box sehingga  dapat  mengurangi  koefisisen  drag  dan konsumsi  bahan  bakar.  Desain  dan  simulasi  mobil  box dilakukan dengan menggunakan CAD.

## METODE
Munson (2002), analisis Aerodinamika mobil box dengan  CAD  menggunakan  metode  penelitian  sebagai berikut:
1. Memilih  desain  mobil  box.  Pada  tahap  ini  peneliti memilih  desain  yang  akan  dgunakan  dalam penelitian.  Desain  mobil  box  yang  digunakan  adalah mobil box standar tanpa spoiler aerokit dan deflector dan mobil box modifikasi dengan spoiler aerokit dan deflector.
2. Menentukan  dimensi  mobil  box.  Dimensi  mobil  box yang  digunakan  yaitu  panjang  4190  mm,  lebar  1700 mm, tinggi 2200 mm dan jarak sumbu roda sepanjang 2200 mm. Skala yang digunakan adalah 1:1.
3. Membuat  mobil  box  model  X  dan  mobil  box  model Y.  Mobil  box  model  X  yaitu  mobil  box  standar dengan  dimensi  yang  telah  ditentukan,  sedangkan mobil  box  model  Y  yaitu  mobil  box  dengan  spoiler aerokit dan deflektor.
4. Melakukan  simulasi.  Kedua  model  mobil  box disimulaiskan  menggunakan  simulasi  aliran  pada CAD.
5. Menetapkan  domain  komputasi  dan  kondisi  batas. Domain  komputasi  dan  kondisi  batas  harus ditetpakan  dahulu  untuk  menentukan  berbagai kondisi selanjutnya menjalankan solver agar memulai simulasi
6. Proses  Analisis  Data.  Setelah  dilakukan  simulasi, menunjukkan hasil analisis aliran udara pada masing- masing  model.  Data  yang  digunakan  adalah  drag coefficient (Cd).
7. Menetukan Data yang diperlukan. Gaya yang bekerja searah dengan arah aliran fluida (Fd), densitas fluida densitas  fluida  (ρ),  kecepatan  fluida  (v)  dan  luas permukaan benda (A)
8. Menentukan  data  untuk  menghitung  luas  daerah bangunan. Luas daerah bangunan yaitu luas nol pada mobil box.

## Konsep Desain
Jenis  mobil  boks  yang  digunakan  adalah  mobil boks  Colt  Model  L300  model  standar,  hambatan  udara yang  sangat  besar  berada  pada  daerah  di  sekitar  truk yang  mengakibatkan  penggunakan  bahan  bakar  yang besar juga. Salah satu solusi untuk mengoptimalkan area hambatan  di  sekitar  truk,  dibuatlah  berbagai  desain. Pengembangan  desain  truk  bertujuan  untuk  menghemat pemakaian  bahan  bakar.  Laju  aliran  benda  sangat dipengarui  oleh  bentuk  benda.  Aliran  udara  yang  lancer dan  koefisien  tarik  (Cd)  kecil  dihasilkan  pada  bentuk benda yang lebih halus.

## Sumber: data olahan
Gambar 1. Hubungan Antara Drag Koefisisen dan Variasi

## Bentuk
Oleh  karena  itu  pada  makalah  ini  akan  dilakukan modifikasi  desain  dengan  penambahan  spoiler  aerokit dan deflektor  agar bentuk kendaraan menjadilebih  halus sehingga  mudah  dilalui  udara.  Penambahan  spoiler aerokit  dan  deflektor  diharapkan  dapat  memperkecil drag  koefisien  dari  mobil  boks..  Pengujian  dilakukan dengan dengan menggunakan CAD untuk mengumpulkan  data  yang  diuji,  melakukan  modifikasi desain  simulasi  dan  melakukan  perhitungan  untuk mendapatkan rasio dari setiap desain mobil box.

## Desain Mobil Box model X
Sumber: data olahan Gambar 2. Desain ukuran mobil box model X
Sumber: data olahan Gambar 3. Desain 3D mobil box model X

## Desain Mobil Box Model Y
Desain  mobil  box  model  2  berupa  desain  mobil box  standar  dengan  penambahan  spoiler  aerokit  dan deflektor agar lebih mudah dilalui  aliran  udara dan drag koefisien yang dihasilkan juga lebih kecil.
Sumber: data olahan Gambar 4. Desain ukuran mobil box model Y
Sumber: data olahan

## Simulasi desain dan analisis perhitungan
Pada simulasi dan analisis desain mobil boks, ada beberpa langkah yang harus dilakukan. Langkah-langkah tersebut, antara lain (Rauf, 2020):
1. Melakukan  pemilihan  unit  sistem  (dalam  hal  ini analisis  menggunakan  SI)  yang  akan  digunakan dalam analisis.
2. Menentukan  jenis  aliran.  Dalam  analisis  ini,  jenis aliran yang digunakan dalam analisis ini adalah aliran eksternal.  Aliran  eksternal  adalah  aliran  untuk menganalisis aliran benda luar, seperti aliran angin ke badan mobil.
3. Menentukan  jenis  fluida  dan  jenis  aliran  yang  akan digunakan  dalam  analisis.  Jenis  fluida  yang digunakan  adalah  fluida  gas  (udara),  kemudian menentukan jenis aliran bertujuan  untuk menentukan jenis  aliran  apa  yang  digunakan  sebagai  aliran laminer dan aliran turbulen.
4. Menentukan  initial  condition  yang  berisi  pengaturan kecepatan  diinput  pada  kolom  Z  Direction  Velocity menjadi  angka  yang  sesuai  dengan  yang  akan  di dapat
5. Simulasi  kecepatan  dan  resolusi  geometri  yang hasilnya  jika  resolusi  yang  dipilih  semakin  tinggi maka akan semakin akurat hasilnya.
6. Menentukan kondisi batas yang bertujuan untuk batas ruang  selama  pengujian  dilakukan.  Tahap  ini dilaksanakan  setelah  muncul  analisis  nilai  input simulasi aliran.
7. Melakukan  run  solver,  yaitu  proses  geometri keseluruhan  yang  dibagi  menjadi  elemen-elemen kecil, dan  akan bertindak  sebagai permukaan kontrol atau volume dalam proses perhitungan. Setiap elemen ini  akan  menjadi  input  ke  elemen  di  sebelahnya  dan dilakukan  berulang  kali  domain  sampai  terpenuhi. Pada  elemen  Run  Solver  disesuaikan  dengan kebutuhan dan bentuk geometris.
8. Mengecek hasil dan perhitungan sebelumnya dengan cara  klik  kanan  pada  setiap  cabang  hasil.  Pada  hasil percabangan ini dapat dipilih dan diisi sesuai dengan yang  diinginkan,  hasil  percabangan  apa  yang  akan digunakan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Spesifikasi Mobil Box
No Parameter Spesifikasi 1 Panjang 4190 mm 2 Lebar 1700 mm 3 Tinggi 2200 mm 4 Wheelbase 2200 mm 5 Jarak roda depan 1440 mm 6 Jarak roda belakang 1380 mm 7 Tipe mesin 4D56 – 4 cylinder inline 8 Displacement 2477 cc 9 Bore x Stroke 91.1 x 95.0 mm 10 Torsi maksimum 15/2500 kg.m/rpm 11 Tenaga Maksimum 74/4200 ps/rpm
Sumber: data olahan
Mobil  box  didesain  dengan  model  standar  yang telah  dimodifikasi  dan  ditujukan  untuk  perbandingan laju  aliran  udara  di  sekitar  mobil  ( Byrne,  1999) .  Mobil box yang telah dimodifikasi dengan penambahan spoiler aerokit  dan  deflektor  bertujuan  untuk  mengoptimalkan laju  aliran  udara  di  sekitar  mobil  box,  sehingga mengurangi  koefisien  drag  dan  wake  pada  mobil  box. Analisis  proses  dan  desain  model  standar  yang  telah dimodifikasi  akan  diuji  pada  kecepatan  tertentu  sebagai perbandingan,  sehingga  hasil  analisis  dapat  dilihat  pada perbedaan  desain  aliran  udara  setiap  model  mobil  box. Data yang diperoleh dari hasil simulasi ini menunjukkan kontur  tekanan  dan  kontur  kecepatan  pada  mobil  box yang diuji dengan kecepatan 60 km/jam, 80 km/jam, 100 km/jam  dan  120  km/jam.  Berikut  perbandingan  desain mobil 3 box :
1. Hasil Simulasi mobil box model X
Sumber: data olahan Gambar 6. Distribusi tekanan mobil box X pada 60 km/jam aliran angin yang seragam
Sumber: data olahan
Gambar 7. Distribusi tekanan mobil box X pada 80 km/jam aliran angin yang seragam
Sumber: data olahan Gambar 8. Distribusi tekanan mobil box X pada 100 km/jam aliran angin yang seragam
Gambar  6  sampai  dengan  8  didapatkan  tekanan tinggi  dengan  warna  merah  pada  bagian  depan  mobil, dan  bagian  atas  mobil  tekanan  rendah  terjadi  dengan warna  biru  muda.  Sedangkan  pada  Gambar  7  warna kuning  pada  bagian  depan  mobil  menjadi  lebih  besar dibandingkan  dengan  gambar  6.  Pada  Gambar  8  warna kuning menjadi lebih kecil dibandingkan Gambar 7.

## Sumber: data olahan
Gambar 9. Distribusi kecepatan 60 km/jam pada mobil box X
Sumber: data olahan
Gambar 10. Distribusi kecepatan 80 km/jam pada mobil box
X
Sumber: data olahan Gambar 11. Distribusi kecepatan 100 km/jam pada mobil box X
Gambar 9 sampai dengan 11 didapatkan kecepatan tinggi  dengan  warna  merah  pada  bagian  atas  mobil, bagian  depan  mobil  yang  melaju  dengan  kecepatan cukup rendah dengan warna biru muda. Sedangkan pada bagian  belakang  mobil  terjadi  kecepatan  paling  rendah dengan  warna  biru  tua  dan  semakin  tinggi  kecepatan angin  maka  luas  warna  biru  tua  akan  semakin  besar. Daerah berwarna biru tua memiliki kecepatan 0 m/s.

## 2. Hasil simulasi mobil box model Y
Sumber: data olahan
Gambar 12. Distribusi tekanan mobil box Y pada 60 km/jam aliran angin yang seragam
Sumber: data olahan Gambar 13. Distribusi tekanan mobil box Y pada 80 km/jam aliran angin yang seragam
Sumber: data olahan Gambar 14. Distribusi tekanan mobil box Y pada 100 km/jam aliran angin yang seragam
Gambar 12 sampai dengan 14 didapatkan tekanan yang  cukup  tinggi  dengan  warna  coklat  pada  bagian depan  box  mobil  dan  dilapisi  dengan  warna  kuning hingga hijau muda, diantara ujung atas box mobil terjadi tekanan rendah dengan warna biru muda dan hijau muda warna yang terletak di bagian belakang kotak mobil.
Sumber: data olahan
Gambar 15. Distribusi kecepatan 60 km/jam pada mobil box Y
Sumber: data olahan Gambar 16. Distribusi kecepatan 80 km/jam pada mobil box
Y
Sumber: data olahan Gambar 17. Distribusi kecepatan 100 km/jam pada mobil box Y
Gambar  15  sampai  dengan  16  didapatkan kecepatan  tinggi  dengan  warna  merah  pada  bagian  atas aerokit  jika  kecepatan  angin  semakin  tinggi  maka  luas area  yang  berwarna  merah  akan  semakin  besar,  bagian depan box mobil terjadi kecepatan cukup rendah dengan biru  muda  sampai  dengan  warna  kuning.  Sedangkan pada bagian belakang box mobil terjadi kecepatan paling rendah  dengan  warna  biru  tua  sampai  warna  biru  muda dan semakin tinggi kecepatan angin maka warna biru tua luas  area  akan  lebih  kecil,  dibandingkan  dengan  desain box  mobil  X  luas  area  mobil  biru  tua  mobil  box  Y menjadi  lebih  kecil.  Karena  pada  bagian  depan  dan belakang  mobil  boxditambahkan  aerokit  dan  deflektor untuk mengurangi hambatan saat mobil box bergerak.

## Gaya Permukaan
1. Desain mobil box X dengan kecepatan 60 km/jam Fd =  306.6099173  N; ρ =  1.225  kg/m 3 ; v =  16.6666667 m/s; A = 7.61455 m 2
Cd =
= =
2. Desain mobil box Y dengan kecepatan 60 km/jam Fd =  260.6606783  N; ρ =  1.225  kg/m 3 ; v =  16.6666667 m/s; A = 7.76227 m 2 Cd = =
=
Tabel 2. Koefisien Drag, Gaya Drag dan Wake Area pada Desain Mobil Box X
Sumber: data olahan
Tabel 3. Koefisien drag, gaya drag dan wake area pada desain mobil box Y

## Sumber: data olahan
Kecepatan  yang  telah  ditentukan  maka  diperoleh nilai  Drag  Coefficient  (CD)  dan  luas  bangun,  dari kecepatan 60 km/jam pada desain mobil box Xdiperoleh nilai  koefisien  hambatan  sebesar  0,23666  dengan  luas bangun  2.52508  m2  di  karenakan  tekanan  angin  cukup tinggi.  Pada  desain  mobil  box  Y  dengan  kecepatan  60 km/jam  diperoleh  Drag  Coefficient  (CD)  0,19737 dengan  luas  bangun  0,479325  m 2 karena  pada  desain mobil  box  Y  dilakukan  penambahan  deflektor  pada bagian  belakang  boks  mobil  yang  bertujuan  untuk mengurangi  wake  daerah.  Nilai  drag  koefisien,  force
drag dan wake area pada desain mobil box Y lebih kecil dari  deain  mobil  box  X  pada  setiap  variasi  kecepatan. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan spoiler aerokit dan  deflector  mampu  mengurangi  drag  koefisien,  force drag dan wake area.

## SIMPULAN
Hasil penelitian ini, antara lain:
1. Perubahan kecepatan dan desain mobil menyebabkan perubahan tekanan yang terjadi pada body mobil box.
2. Nilai  drag  koefisien,  drag  force  dan  wake  area  pada mobil box Y lebih kecil dari pada mobil box X.
3. Mobil  box  Y  lebih  aerodinamis  karena  penambahan spoiler aerokit dan deflector.

## DAFTAR PUSTAKA
Byrne, C. E. I., 1999. Aerodynamics of Road Vehicles— 4th edition.. The Aeronautical Journal , 103 (1026), 398-398.
Grivanzy, Andre., 2011, Analisis Pengaruh Kontrol Aktif Aliran Berupa Blowing Terhadap Drag
Aerodinamika Model . Depok: Univ Indonesia.
Kourta  A,  Gillieron  P,  2009.  Impact  of  the  automotive aerodynamic  control  on  the  economic  issues. Journal of Applied Fluid Mechanics , 2(2), 69-75
Munson,  B.  2002. Mekanika  Fluida ,  Penterjemah: Harinaldi & Budiarso, Jakarta, Airlangga.
Prihadnyana,  Y.,  Widayana,  G.,  &  Dantes,  K.  R.  2017.
Analisis  aerodinamika  pada  permukaan  bodi kendaraan  mobil  listrik  gaski  (ganesha  sakti) dengan  perangkat  lunak  ansys  14.5. Jurnal Pendidikan Teknik Mesin Undiksha , 5 (2).
Rauf,  W.  2020. Analisis  Pengaruh  Kontrol  Aktif Separasi  Aliran  Pada  Model  Kendaraan  Terhadap Hambatan  Aerodinamika, Doctoral  dissertation , Universitas Hasanuddin.
Yogatama, M., & Trisno, R. 2018. Studi Koefisien Drag Aerodinamika pada Model Ahmed Body Terbalik Berbasis  Metode  Numerik. Jurnal  Teknik  Mesin (JTM) , 7 (1).